Плазма

Плазма — оң және теріс зарядтарының тығыздықтары бір-бірімен шамалас, толық немесе ішінара иондалған газ. Плазмада зарядталған бөлшектер қатарына электрондар мен иондар жатады. Олар газды иондау (қыздыру, электрлі магниттік толқынмен әсерлесу, зарядталған бөлшектермен соққылау, т.б.) кезінде пайда болады. Әлем кеңістігіндегі заттардың басым бөлігі (жұлдыздар және оның атмосферасы, галактикалық тұмандықтар мен жұлдызаралық орта) Плазма күйінде болады.

“Плазма” терминін ғылымға американ ғалымдары И.Ленгмюр (1881 — 1957) мен Л.Тонкс (1897 — 1971) енгізген (1923). Плазманың бірлік көлеміндегі иондалған атомдар санының олардың сол көлемдегі толық санына қатынасы Плазманың иондау дәрежесі () деп аталады. Осы -ның шамасына қарай Плазма әлсіз ионданған (<1%), ішінара ионданған (1%<<100%) және толық ионданған (100%) болып бөлінеді. Плазманы құрайтын бөлшектердің орташа кинетикалық энергиялары әр түрлі болуы мүмкін. Сондықтан Плазманы электрондық температура (Те), иондық температура (Ті) және бейтарап атомдар температурасы (Та) арқылы сипаттайды. Иондық температурасы Ті<105К Плазма төменгі температуралық, ал Ті>106К Плазма жоғары температуралық Плазма деп аталады. Плазманы заттың төртінші күйі деп те атайды. Оның газдан негізгі өзгешелігі электр және магнит өрістерімен күшті әсерлесуінде; соның нәтижесінде Плазмада басқа заттарда кездеспейтін ерекше құбылыстар жүреді. Мысалы, Плазма бөлшектері жылулық қозғалыспен бірге реттелген “ұжымдық процестерге” де қатынасады. Плазманың “квазибейтараптылығы” оның маңызды қасиеті болып есептеледі. Квазибейтараптылығы сақталу үшін Плазманың өлшемдері дебай экрандау радиусынан (D=[kTeTі/4|eeeі|(nіTі+neTe)]1/2, мұндағы ee, еі мен nе, nі — электрондық және иондық заряд пен концентрация) көп үлкен болуы керек. Егер бөлшектерінің өзара әсерлесуінің потенц. энергиясы олардың жылулық энергиясынан көп аз болса, онда Плазма — идеал Плазма деп аталады. Индукциясы В магнит өрісіндегі Плазма бөлшектеріне Лоренц күші әсер етіп, нәтижесінде ол бөлшектер Лармор спиралі бойымен (циклотрондық жиілікпен) айналады. Соның салдарынан Плазма диамагнетизмі пайда болады.

Плазманы:

Плазманың жеке бөлшектерінің қозғалысы арқылы;
магниттік гидродинамика теңдеулері арқылы;
Плазманың бөлшектері мен ондағы пайда болатын толқындарды кинетикалық тәсіл арқылы зерттеуге болады.

Соңғы тәсіл Плазманы түбегейлі сипаттайды. Бұл тәсіл уақытқа (t), радиус-векторға (r) және импульсқа (p) тәуелді болатын Плазма бөлшектерінің таралу функциясына f=f(t, r, p) негізделген және де функция Больцманның кинетикалық теңдеуі арқылы анықталады: , мұндағы F =eE+(e/c)[B] — Плазманың зарядталған бөлшектеріне сыртқы эл.-магниттік өріс тарапынан әсер ететін күш, ал C(f) – бөлшектердің өзара соқтығысуын ескеретін функция. Шапшаң қозғалатын Плазма үшін бөлшектердің өзара соқтығысуын ескермеуге болады, яғни C(f). Бұл жағдайда Больцманның кинетикалық теңдеуі Власов теңдеуіне ауысады. Больцман мен Власов теңдеулерінің аналитикалық шешімдері өте күрделі. Сондықтан көпшілік жағдайларда ол теңдеулер әр түрлі сандық тәсілдер арқылы ЭЕМ-нің көмегімен шешіледі. Жоғары температуралы Плазма — басқарылатын термоядролық синтездің негізгі зерттеу нысаны. Төменгі температуралы Плазма газразрядтық жарық көздерінде, газ лазерінде, МГД генераторларында, т.б. пайдаланылады.

Пайдаланылған әдебиет

“Қазақ Энциклопедиясы”, VII-том